JP6666533B2 - System for controlling deposits on cylinder liners and pistons of reciprocating engines - Google Patents
System for controlling deposits on cylinder liners and pistons of reciprocating engines Download PDFInfo
- Publication number
- JP6666533B2 JP6666533B2 JP2015160008A JP2015160008A JP6666533B2 JP 6666533 B2 JP6666533 B2 JP 6666533B2 JP 2015160008 A JP2015160008 A JP 2015160008A JP 2015160008 A JP2015160008 A JP 2015160008A JP 6666533 B2 JP6666533 B2 JP 6666533B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- cylinder liner
- radius
- reciprocating engine
- less
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 36
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 19
- 238000013461 design Methods 0.000 description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 8
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 7
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 7
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 7
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 6
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 6
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 4
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 3
- -1 etc.) Substances 0.000 description 3
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000001079 digestive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000006748 scratching Methods 0.000 description 1
- 230000002393 scratching effect Effects 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/18—Other cylinders
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/004—Cylinder liners
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/0076—Pistons the inside of the pistons being provided with ribs or fins
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F2001/006—Cylinders; Cylinder heads having a ring at the inside of a liner or cylinder for preventing the deposit of carbon oil particles, e.g. oil scrapers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
本明細書で開示される主題は一般に往復動エンジンに関し、より詳細には、往復動エンジンのシリンダライナおよびピストンの表面仕上げに関する。 The subject matter disclosed herein relates generally to reciprocating engines, and more particularly, to the surface finish of cylinder liners and pistons of reciprocating engines.
往復動エンジン（例えば、内燃エンジン）は、燃料を酸化剤（例えば、空気）で燃焼させて高温燃焼ガスを発生させ、シリンダライナ内のピストン（例えば、往復動ピストン）を駆動する。具体的には、高温燃焼ガスは膨張してピストンに圧力を加え、シリンダライナ内のピストンを膨張行程（例えば、下降行程）において直線運動させる。ピストンは、燃焼ガスによって加えられた圧力、そしてピストンの直線運動を、（例えば、ピストンに連結した連接棒およびクランク軸を介して）回転運動に変換して、軸を駆動して１つまたは複数の負荷（例えば、発電機）を回転させる。ピストンおよびシリンダライナの設計および構成は、オイル消費と同様、エミッション（例えば、窒素酸化物、一酸化炭素など）に大きな影響を及ぼす場合がある。さらに、ピストンおよびシリンダライナの設計および構成は、往復動エンジンの構成部品間の摩擦、および往復動エンジンの構成部品の寿命に大きな影響を及ぼす場合がある。残念ながら、ピストンに形成される堆積物は、シリンダライナの摩耗を増大させる、あるいはエミッションに影響を及ぼす場合がある。 A reciprocating engine (e.g., an internal combustion engine) burns fuel with an oxidant (e.g., air) to generate hot combustion gases and drives a piston (e.g., a reciprocating piston) in a cylinder liner. Specifically, the hot combustion gas expands and applies pressure to the piston, causing the piston in the cylinder liner to move linearly during an expansion stroke (for example, a descending stroke). The piston converts the pressure applied by the combustion gases, and the linear motion of the piston, into rotary motion (eg, via a connecting rod and a crankshaft connected to the piston) to drive the shaft to drive one or more (For example, a generator) is rotated. The design and configuration of the piston and cylinder liners can have significant effects on emissions (eg, nitrogen oxides, carbon monoxide, etc.), as well as oil consumption. In addition, the design and configuration of the piston and cylinder liners can have a significant effect on the friction between the components of the reciprocating engine and the life of the components of the reciprocating engine. Unfortunately, deposits that form on the piston can increase cylinder liner wear or affect emissions.
本来、特許請求される発明の範囲に相応する特定の実施形態を、以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求される本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、むしろこれらの実施形態は、本発明の可能な形態の簡潔な概要を提供することのみを意図する。実際、本発明は、下記に説明する実施形態と同様のもの、または異なるものとすることができる様々な形態を含むことができる。 Specific embodiments, which naturally correspond to the scope of the claimed invention, are summarized below. These embodiments are not intended to limit the scope of the invention as claimed, but rather they are only intended to provide a brief summary of the possible forms of the invention. . Indeed, the present invention may include various forms that may be similar or different from the embodiments described below.
第１の実施形態では、往復動エンジンは、シリンダライナと、空洞内に配置されたピストンとを含む。シリンダライナは、内壁を含み、空洞の周りを延在する。内壁は、第１の軸方向端、第２の軸方向端、ピストン移動部、および上部を含む。上部は、シリンダライナの第２の軸方向端よりもシリンダライナの第１の軸方向端に近く、上部は、約２μｍより大きな第１の平均粗さ（Ｒａ1）、および約０．１ｍｍより小さな全うねり（Ｗｔ）を有する第１の表面仕上げを有し、Ｒａ1およびＷｔは約０．８ｍｍの代表長さに基づく。ピストンは、シリンダライナ内を往復動式に動くように構成される。ピストンは、ピストンが上死点位置にあるとき、シリンダライナの内壁の上部と半径方向に向かい合うように構成されたトップランドを含む。 In a first embodiment, a reciprocating engine includes a cylinder liner and a piston disposed within a cavity. The cylinder liner includes an inner wall and extends around the cavity. The inner wall includes a first axial end, a second axial end, a piston mover, and a top. The upper portion is closer to the first axial end of the cylinder liner than the second axial end of the cylinder liner, and the upper portion has a first average roughness (Ra 1 ) greater than about 2 μm, and less than about 0.1 mm. Having a first surface finish with a small total undulation (Wt), Ra 1 and Wt are based on a representative length of about 0.8 mm. The piston is configured to move reciprocally within the cylinder liner. The piston includes a top land configured to be radially opposed to an upper portion of the inner wall of the cylinder liner when the piston is at the top dead center position.
第２の実施形態では、システムは、シリンダライナと、空洞内に配置されたピストンとを有する往復動エンジンを含む。シリンダライナは、内壁を含み、空洞の周りを延在する。シリンダライナは、シリンダライナの内壁の上部で第１の半径を含み、上部は、第１の平均粗さ（Ｒａ1）および約０．１ｍｍよりも小さい全うねり（Ｗｔ）を有する第１の表面仕上げを含む。ピストンは、シリンダライナ内を往復動式に動くように構成される。ピストンは、ピストンの周りを周方向に延在する少なくとも１つの環状溝と、少なくとも１つの環状溝のトップの環状溝に隣接するトップランドとを含む。トップランドは、第２の半径および第２の表面仕上げを含む。第１の半径と第２の半径との間の半径隙間は、往復動エンジンの運転中、約２５μｍより小さい。第２の表面仕上げは、約２μｍより小さな第２の平均粗さ（Ｒａ2）を有し、Ｒａ2はＲａ1より小さい。Ｒａ1、Ｗｔ、およびＲａ2は約０．８ｍｍの代表長さに基づく。 In a second embodiment, a system includes a reciprocating engine having a cylinder liner and a piston disposed within a cavity. The cylinder liner includes an inner wall and extends around the cavity. The cylinder liner includes a first radius at an upper portion of an inner wall of the cylinder liner, the upper portion having a first average roughness (Ra 1 ) and a first surface having a total undulation (Wt) of less than about 0.1 mm. Including finishing. The piston is configured to move reciprocally within the cylinder liner. The piston includes at least one annular groove extending circumferentially around the piston, and a top land adjacent the annular groove at the top of the at least one annular groove. The topland includes a second radius and a second surface finish. The radial gap between the first radius and the second radius is less than about 25 μm during operation of the reciprocating engine. The second surface finish has a second average roughness (Ra 2 ) less than about 2 μm, wherein Ra 2 is less than Ra 1 . Ra 1 , Wt, and Ra 2 are based on a representative length of about 0.8 mm.
第３の実施形態では、システムは、シリンダライナと、空洞内に配置されたピストンとを有する往復動エンジンを含む。シリンダライナは、内壁を含み、空洞の周りを延在する。内壁は、第１の軸方向端、第２の軸方向端、ピストン移動部、および上部を含む。シリンダライナは内壁の上部で第１の半径を含み、上部は、シリンダライナの第２の軸方向端よりもシリンダライナの第１の軸方向端に近い。上部は第１の表面仕上げを備え、第１の表面仕上げは、約２μｍより大きな第１の平均粗さ（Ｒａ1）、および約０．１ｍｍより小さな全うねり（Ｗｔ）を有する。ピストンは、シリンダライナ内を往復動式に動くように構成される。ピストンは、ピストンが上死点位置にあるとき、シリンダライナの内壁の上部と半径方向に向かい合うように構成されたトップランドを含む。ピストンは、トップランドで第２の半径を含み、ピストンのトップランドは、Ｒａ1より小さな第２の平均粗さ（Ｒａ2）を有する第２の表面仕上げを有する。往復動エンジンの運転中、第１の半径と第２の半径との間の半径隙間は約２５μｍより小さく、Ｒａ1とＲａ2との差は約０．５μｍより大きい。Ｒａ1、Ｗｔ、およびＲａ2は約０．８ｍｍの代表長さに基づく。 In a third embodiment, a system includes a reciprocating engine having a cylinder liner and a piston disposed within a cavity. The cylinder liner includes an inner wall and extends around the cavity. The inner wall includes a first axial end, a second axial end, a piston mover, and a top. The cylinder liner includes a first radius at the top of the inner wall, the top being closer to the first axial end of the cylinder liner than to the second axial end of the cylinder liner. The top is provided with a first surface finish, the first surface finish having a first average roughness (Ra 1 ) of greater than about 2 μm and a total undulation (Wt) of less than about 0.1 mm. The piston is configured to move reciprocally within the cylinder liner. The piston includes a top land configured to be radially opposed to an upper portion of the inner wall of the cylinder liner when the piston is at the top dead center position. The piston includes a second radius at the top land, and the top land of the piston has a second surface finish having a second average roughness (Ra 2 ) less than Ra 1 . During operation of the reciprocating engine, the radial gap between the first radius and the second radius is less than about 25 μm, and the difference between Ra 1 and Ra 2 is greater than about 0.5 μm. Ra 1 , Wt, and Ra 2 are based on a representative length of about 0.8 mm.
本発明のこれらの、および他の特徴、態様、および利点は、図面全体を通して同様の符号が同様の部品を表わす添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより、よりよく理解されるであろう。 These and other features, aspects, and advantages of the present invention will be better understood by reading the following detailed description with reference to the accompanying drawings, wherein like numerals represent like parts throughout the drawings. Will be.
以下に、本発明の１つまたは複数の具体的な実施形態を説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するために、実際の実施態様の特徴すべてを本明細書で説明しない場合がある。いかなるこうした実際の実施態様の開発に際しても、あらゆるエンジニアリングプロジェクトまたは設計プロジェクトと同様に、システム関連およびビジネス関連の制約を遵守することなど、実施態様ごとに変わる場合がある開発者の特定の目標を達成するために、実施態様特有の多くの決定を行われなければならないことを理解されたい。さらに、このような開発の取り組みは、複雑であり時間を要する場合があるが、それにもかかわらず、この開示の恩恵を受ける当業者にとっては、設計、製作、および製造の定常作業であることを認識されたい。 The following describes one or more specific embodiments of the present invention. In an effort to briefly describe these embodiments, not all features of an actual implementation may be described in this specification. As with any engineering or design project, developing any of these actual implementations will meet the specific goals of the developer, which may vary from implementation to implementation, such as adherence to system-related and business-related constraints It should be understood that many implementation-specific decisions must be made in order to do so. Further, while such development efforts can be complex and time consuming, nonetheless, it is a matter of routine design, fabrication, and manufacture for those skilled in the art that would benefit from this disclosure. I want to be recognized.
本発明の様々な実施形態の要素を導入するときに、冠詞「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」は、要素の１つまたは複数があることを意味することが意図される。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包括的であることを意図し、列挙した要素以外に追加の要素があり得ることを意味する。 In introducing elements of the various embodiments of the present invention, the articles "one (a)", "one (an)", "the (the)", and "said" refer to the element. It is intended to mean one or more. The terms "comprising", "including", and "having" are intended to be inclusive and mean that there may be additional elements other than the listed elements.
本開示による往復動エンジン（例えば、内燃エンジン）は、１つまたは複数のピストン組立体を含むことができ、各ピストン組立体は、シリンダライナ内を（例えば、軸方向に）直線運動して、燃焼ガスによって加えられた圧力、そしてピストンの直線運動を回転運動に変換して、１つまたは複数の負荷に動力を供給するように構成されたピストンを有する。シリンダライナの上部の表面仕上げは、約０．８ｍｍの代表長さに対して、約１、２、３、４、５、１０、または１５μｍより大きい平均粗さ（Ｒａ）、および約０．１、０．０５、または０．０３ｍｍより小さい全うねり（Ｗｔ）とする場合がある。認識されるように、ＲａおよびＷｔは代表長さが異なると（例えば、０．０８、０．２５、２．５、および８ｍｍ）、変わる場合がある。これに加えて、またはその代わりに、シリンダライナ内のピストンのトップランドの表面仕上げは、約２、１、０．８、０．５、または０．３μｍより小さい平均粗さとする場合がある。ピストンのトップランドとシリンダライナの上部との間の半径隙間は、室温で隙間比がボア直径の約０．５％より小さいときでは、運転温度では約２５μｍより狭い場合があり、これを、本明細書では密接トップランド（ＴＴＬ：Ｔｉｇｈｔ Ｔｏｐ Ｌａｎｄ）状態と規定する。本明細書で使用するとき、隙間比は、シリンダボア直径に対するトップランドの隙間の比として定義することができ、トップランド隙間は、シリンダボア直径とピストントップランド直径との間の差として定義することができる。シリンダライナの上部の粗さがピストンのトップランドより粗いので、シリンダライナにはより多くの堆積物が溜まる場合があり、かつ／またはトップランドには堆積物がより少ない場合がある。いくつかの実施形態では、シリンダライナに付着した堆積物は、トップランドから堆積物を掻き落とし（例えば、取り除き）、それによってピストンのトップランドの堆積物が減少する場合がある。さらに、シリンダライナの上部の表面仕上げは、ピストン組立体のクレビス体積に影響を及ぼさない場合がある。例えば、別体の研磨防止リング（例えば、カーボンスクレーパ）は、ピストン組立体のクレビス体積を増やす場合があり、かつ／またはピストン組立体の構成部品の量を増やす場合があるが、本明細書で説明するシリンダライナの上部の表面仕上げは、上部に付着した堆積物を、ピストンに対する研磨防止リングとして機能させることができる。さらに、トップランドに付着した堆積物を減らせば、シリンダライナの摩耗を減らし、かつ／またはピストンの摩擦熱を減らすことができる。ピストンのトップランドに付着した堆積物から生じるシリンダライナとピストンとの間の摩擦は、トップランドとシリンダライナの内壁との間に摩耗を生じさせ（例えば、カーボンによる引っ掻き、およびボアの研磨）、それによって、オイル消費を増大させ、未燃炭化水素がシールを通過するブローバイを増大させ、またはエミッションを増大させ、あるいはこれらの組み合わさったことになる場合がある。したがって、ピストンのトップランドの堆積物を減らすことによって、シリンダライナとピストンとの間の摩擦を減らすと、オイル消費を減少させ、シリンダライナとピストンとの間の未燃炭化水素のブローバイを減少させ、またはエミッションを減少させ、あるいはこれらの組み合わさったことになる場合がある。好都合なことに、ピストンのトップランドから堆積物を取り除くために用いられる堆積物を保持するシリンダライナの上部の表面仕上げが、ピストン組立体のクレビス体積に大きく追加される可能性はない。 A reciprocating engine (e.g., an internal combustion engine) according to the present disclosure may include one or more piston assemblies, each of which moves linearly (e.g., axially) within a cylinder liner, It has a piston configured to convert the pressure exerted by the combustion gases and the linear motion of the piston into a rotary motion to power one or more loads. The surface finish on the top of the cylinder liner has an average roughness (Ra) greater than about 1, 2, 3, 4, 5, 10, or 15 μm for a typical length of about 0.8 mm, and about 0.1 μm. , 0.05, or 0.03 mm. As will be appreciated, Ra and Wt may vary for different representative lengths (eg, 0.08, 0.25, 2.5, and 8 mm). Additionally or alternatively, the surface finish of the top land of the piston in the cylinder liner may have an average roughness of less than about 2, 1, 0.8, 0.5, or 0.3 μm. The radial gap between the top land of the piston and the top of the cylinder liner may be less than about 25 μm at operating temperature when the gap ratio is less than about 0.5% of the bore diameter at room temperature. In the specification, the state is closely defined as a TTL (Tight Top Land) state. As used herein, the clearance ratio can be defined as the ratio of the top land clearance to the cylinder bore diameter, and the top land clearance can be defined as the difference between the cylinder bore diameter and the piston top land diameter. it can. Because the roughness of the top of the cylinder liner is coarser than the top land of the piston, more deposits may accumulate on the cylinder liner and / or less deposits may be on the top lands. In some embodiments, deposits on the cylinder liner may scrape (eg, remove) deposits from the topland, thereby reducing piston topland deposits. Further, the surface finish of the top of the cylinder liner may not affect the clevis volume of the piston assembly. For example, a separate anti-abrasion ring (eg, a carbon scraper) may increase the clevis volume of the piston assembly and / or may increase the amount of components of the piston assembly, as described herein. The described surface finish on the top of the cylinder liner allows the deposits on the top to function as an anti-abrasive ring for the piston. In addition, reducing deposits on the top lands can reduce cylinder liner wear and / or reduce piston frictional heat. Friction between the cylinder liner and the piston resulting from deposits adhering to the top land of the piston causes wear between the top land and the inner wall of the cylinder liner (e.g., scratching with carbon and grinding of the bore), This may result in increased oil consumption, increased blow-by of unburned hydrocarbons through the seal, increased emissions, or a combination thereof. Thus, reducing the friction between the cylinder liner and the piston by reducing the deposits on the top land of the piston reduces oil consumption and reduces blow-by of unburned hydrocarbons between the cylinder liner and the piston. Or reduced emissions, or a combination of these. Advantageously, the surface finish on the top of the cylinder liner that holds the deposit used to remove deposits from the top land of the piston is not likely to add significantly to the clevis volume of the piston assembly.
図を参照すると、図１は、エンジン駆動の動力発生システム１０の一部分の実施形態のブロック図を示す。以下で詳細に説明するように、システム１０は、１つまたは複数の燃焼室１４（例えば、１、２、３、４、５、６、７，８、１０、１２、１４、１６、１８、２０の、またはそれより多い燃焼室１４）を有するエンジン１２（例えば、往復動内燃エンジン）を含む。各燃焼室１４は、シリンダ３０、およびシリンダ３０内で往復運動するピストン２４によって画定される。空気供給部１６は、各燃焼室１４に、空気、酸素、酸素富化空気、低酸素空気、またはこれらの任意の組合せなどの加圧酸化剤１８を供給するように構成される。燃焼室１４はまた、燃料供給部２２から燃料２０（例えば、液体および／または気体燃料）を受け入れるように構成される。酸化剤１８と燃料２０の混合物（例えば、燃料−空気混合物）は、各燃焼室１４内で点火し燃焼する。高温の加圧燃焼ガスによって、各燃焼室１４に隣接するピストン２４はシリンダ３０内で直線運動し、ガスによって加えられた圧力を回転運動に変換し、それによって軸２６を回転させる。さらに、軸２６は負荷２８に連結される場合があり、軸２６の回転によって負荷２８に動力を与える。例えば、負荷２８は、システム１０の回転出力によって動力を発生することができる、発電機などの任意の適切な装置とすることができる。別の例として、負荷２８はエンジン１２によって駆動される車両とすることができる。さらに、以下の考察では、空気を酸化剤１８と呼んでいるが、本開示の実施形態では、任意の適切な酸化剤を用いることができる。同様に、燃料２０は、例えば、天然ガス、石油随伴ガス、水素、プロパン、ガソリン、バイオガス、消化ガス、合成ガス、埋立地ガス、炭鉱ガス、ディーゼル、灯油、または燃料油などの任意の適切な燃料とすることができる。 Referring to the figures, FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of a portion of an engine-driven power generation system 10. As described in detail below, the system 10 includes one or more combustion chambers 14 (eg, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12, 14, 16, 18, An engine 12 (e.g., a reciprocating internal combustion engine) having twenty or more combustion chambers 14). Each combustion chamber 14 is defined by a cylinder 30 and a piston 24 reciprocating within the cylinder 30. The air supply 16 is configured to supply each combustion chamber 14 with a pressurized oxidant 18 such as air, oxygen, oxygen-enriched air, low oxygen air, or any combination thereof. Combustion chamber 14 is also configured to receive fuel 20 (eg, liquid and / or gaseous fuel) from fuel supply 22. A mixture of oxidant 18 and fuel 20 (eg, a fuel-air mixture) ignites and burns in each combustion chamber 14. The hot pressurized combustion gas causes the piston 24 adjacent each combustion chamber 14 to move linearly within the cylinder 30, converting the pressure exerted by the gas into a rotational movement, thereby rotating the shaft 26. Further, the shaft 26 may be coupled to a load 28, which powers the load 28 by rotation of the shaft 26. For example, load 28 may be any suitable device, such as a generator, that can generate power from the rotational output of system 10. As another example, load 28 may be a vehicle driven by engine 12. Further, while the discussion below refers to air as oxidizer 18, any suitable oxidizer may be used in embodiments of the present disclosure. Similarly, fuel 20 may be any suitable gas, such as, for example, natural gas, petroleum-associated gas, hydrogen, propane, gasoline, biogas, digestive gas, syngas, landfill gas, coal mine gas, diesel, kerosene, or fuel oil. Fuel.
本明細書で開示されるシステム１０は、定置用途（例えば、産業用発電エンジン）または移動用途（例えば、自動車または航空機）に使用するように構成することができる。エンジン１２は、２ストロークエンジン、３ストロークエンジン、４ストロークエンジン、５ストロークエンジン、または６ストロークエンジンとすることができる。いくつかの実施形態では、シリンダ３０はエンジンブロックと一体でないシリンダライナを含むことができる。例えば、鋼製のシリンダライナはアルミニウム製エンジンブロックとともに使用することができる。エンジン１２はまた、任意の数の燃焼室１４、ピストン２４、および関連するシリンダ３０またはシリンダライナを（例えば１〜２４）含むことができる。例えば、システム１０は、シリンダ３０内を往復動する４、６、８、１０、１６、２４、またはそれより多いピストン２４を有する大型産業用往復動エンジンを含むことができる。シリンダライナおよび／またはピストン２４の直径は、約１０〜３４センチメートル（ｃｍ）の間、１２〜２０ｃｍの間、または約１５ｃｍとすることができる。ある特定の例では、ピストン２４は、ピストン２４のトップリング溝にニレジスト製リングインサートを有する鋼製ピストンまたはアルミニウム製ピストンとすることができる。いくつかの実施形態では、システム１０は１０ｋＷから１０ＭＷの範囲の発電をすることができる。これに加えて、またはその代わりに、エンジンの運転速度は約１８００、１５００、１２００、１０００、９００、８００、または７００ＲＰＭより遅い速度とすることができる。 The system 10 disclosed herein can be configured for use in stationary applications (eg, industrial power generation engines) or mobile applications (eg, automobiles or aircraft). Engine 12 may be a two-stroke engine, a three-stroke engine, a four-stroke engine, a five-stroke engine, or a six-stroke engine. In some embodiments, cylinder 30 may include a cylinder liner that is not integral with the engine block. For example, a steel cylinder liner can be used with an aluminum engine block. Engine 12 may also include any number of combustion chambers 14, pistons 24, and associated cylinders 30 or cylinder liners (eg, 1-24). For example, system 10 may include a large industrial reciprocating engine having 4, 6, 8, 10, 16, 24, or more pistons 24 reciprocating within cylinder 30. The diameter of the cylinder liner and / or piston 24 can be between about 10-34 centimeters (cm), between 12-20 cm, or about 15 cm. In one particular example, the piston 24 can be a steel piston or an aluminum piston having a niresist ring insert in the top ring groove of the piston 24. In some embodiments, system 10 can generate power in the range of 10 kW to 10 MW. Additionally or alternatively, the operating speed of the engine may be less than about 1800, 1500, 1200, 1000, 900, 800, or 700 RPM.
図２は、往復動エンジン１２のシリンダライナ４２（例えば、エンジンシリンダ３０）内に配置されたピストン２４を有するピストン組立体４０の実施形態の側面断面図である。シリンダライナ４２は、円筒状の空洞４６を画定する内側環状壁４４を有する。エンジン１２に対する方向は、軸方向軸または方向４８、半径方向軸または方向５０、および周方向軸または方向５２を参照して説明することができる。ピストン２４は、トップランド５４、およびピストン２４の周りを周方向に（例えば、周方向５２に）延在する第１の環状溝５６（例えば、トップの環状溝またはトップの環状リング溝）を含む。第１の環状リング５８（例えば、トップの環状リングまたはトップピストンリング）は、トップの環状溝５６に配置することができる。トップの環状リング５８は、システム１０の運転中にトップの環状リング５８が受ける高温および高圧の燃焼ガスに対応して拡大および収縮するように構成することができる。図示のように、ピストン２４は、ピストン２４の周りを周方向に延在し、軸方向軸４８に沿ってトップの環状溝５６から間隔を置いて配置された１つまたは複数の追加の環状溝６０（例えば、追加の環状リング溝）を含むことができる。追加の環状ピストンリング６２は、追加の環状溝６０のそれぞれに配置することができる。複数の追加の環状溝６０およびそれに対応する追加の環状ピストンリング６２は、様々な構成のうちの任意の構成とすることができることを理解されたい。例えば、複数の追加の溝６０および／またはそれに対応する追加のリング６２のうちの１つまたは複数は、例えば、異なる構成、形状、寸法、および／または機能を有することができる。 FIG. 2 is a side cross-sectional view of an embodiment of a piston assembly 40 having a piston 24 disposed within a cylinder liner 42 of the reciprocating engine 12 (eg, the engine cylinder 30). The cylinder liner 42 has an inner annular wall 44 that defines a cylindrical cavity 46. The directions relative to engine 12 may be described with reference to axial axis or direction 48, radial axis or direction 50, and circumferential axis or direction 52. The piston 24 includes a top land 54 and a first annular groove 56 (eg, a top annular groove or a top annular ring groove) extending circumferentially (eg, in the circumferential direction 52) around the piston 24. . A first annular ring 58 (eg, a top annular ring or a top piston ring) can be disposed in the top annular groove 56. The top annular ring 58 may be configured to expand and contract in response to the high temperature and high pressure combustion gases experienced by the top annular ring 58 during operation of the system 10. As shown, piston 24 extends circumferentially about piston 24 and includes one or more additional annular grooves spaced from top annular groove 56 along axial axis 48. 60 (eg, additional annular ring grooves). Additional annular piston rings 62 can be located in each of the additional annular grooves 60. It should be understood that the plurality of additional annular grooves 60 and corresponding additional annular piston rings 62 can be any of a variety of configurations. For example, one or more of the plurality of additional grooves 60 and / or corresponding additional rings 62 can have, for example, different configurations, shapes, dimensions, and / or functions.
図示のように、ピストン２４は、連接棒６６およびピン６８を介してクランク軸６４に取付けられる。クランク軸６４は、ピストン２４の軸方向軸４８に沿った往復直線運動を回転運動７０に変える。燃焼室１４は、ピストン２４のトップランド５４に隣接して配置される。１つまたは複数の燃料噴射器７２は燃焼室１４に燃料２０を供給し、１つまたは複数の弁７４は燃焼室１４への空気１８の供給を制御する。排気弁７６は、エンジン１２からの排気ガス７８の排出を制御する。しかしながら、燃料２０および空気１８を燃焼室１４に供給するために、および／または排気ガス７８を排出するために任意の適切な要素および／または技法を使用することができることを理解されたい。 As shown, piston 24 is attached to crankshaft 64 via connecting rod 66 and pin 68. The crankshaft 64 converts the reciprocating linear motion of the piston 24 along the axial axis 48 into a rotary motion 70. The combustion chamber 14 is arranged adjacent to the top land 54 of the piston 24. One or more fuel injectors 72 supply fuel 20 to combustion chamber 14, and one or more valves 74 control the supply of air 18 to combustion chamber 14. The exhaust valve 76 controls emission of exhaust gas 78 from the engine 12. However, it should be understood that any suitable elements and / or techniques may be used to supply fuel 20 and air 18 to combustion chamber 14 and / or to exhaust exhaust gases 78.
運転時、燃料２０は空気１８とともに燃焼室１４内で燃焼し、それによって、ピストン２４はシリンダライナ４２の空洞４６内で軸方向４８に往復動式（例えば、前後）に動く。上記したように、ピストン２４が動くと、クランク軸６４は回転して負荷２８（図１に示す）に動力を与える。隙間８０（例えば、環状空間を画定する半径隙間）がシリンダライナ４２の内壁４４とピストン２４の外面８２との間に設けられる。トップの環状リング５８およびすべての追加の環状リング６２は、シリンダライナ４２の内壁４４に接触して、燃料２０、空気１８、および燃料−空気混合物８４を燃焼室１４内に保持することができる。これに加えて、またはその代わりに、トップの環状リング５８および任意の追加の環状リング６２は、燃焼室１４内の圧力を適切に維持することを容易にして、高温の燃焼ガス７８を膨張させて、ピストン２４を軸方向軸４８に沿って動かすことを可能にする。トップの環状リング５８および／またはすべての追加の環状リング６２は、シリンダライナ４２の内壁４４にわたって潤滑剤（例えば、オイル）を分布させて、エンジン１２内で、摩擦を減らし、かつ／または熱発生を減らすことができる。 In operation, fuel 20 burns in combustion chamber 14 with air 18, whereby piston 24 reciprocates (eg, back and forth) in cavity 48 in cylinder liner 42 in axial direction 48. As described above, when the piston 24 moves, the crankshaft 64 rotates to power the load 28 (shown in FIG. 1). A gap 80 (eg, a radial gap that defines an annular space) is provided between the inner wall 44 of the cylinder liner 42 and the outer surface 82 of the piston 24. The top annular ring 58 and any additional annular rings 62 can contact the inner wall 44 of the cylinder liner 42 to retain the fuel 20, air 18, and fuel-air mixture 84 within the combustion chamber 14. Additionally or alternatively, the top annular ring 58 and optional additional annular ring 62 facilitate maintaining proper pressure in the combustion chamber 14 and expand hot combustion gases 78. To allow the piston 24 to move along the axial axis 48. The top annular ring 58 and / or any additional annular rings 62 distribute lubricant (eg, oil) across the inner wall 44 of the cylinder liner 42 to reduce friction and / or generate heat within the engine 12. Can be reduced.
ピストン２４は、シリンダライナ４２の第１の軸方向端８６と第２の軸方向端８８との間を軸方向軸４８に沿って往復動して、矢印７０に示すようにクランク軸６４を回転させる。ピストン２４のトップランド５４は、往復運動のほとんどで、シリンダライナ４２の内壁４４の移動部９０を通って往復動する。ピストン２４がシリンダライナ４２内で上死点位置にあるとき、ピストンのトップランド５４はシリンダライナ４２の上部９２と半径方向に向かい合っている。認識されるように、ピストン２４の上死点位置は、ピストン２４の頂面９４が頂点９６にあるときに一致する。いくつかの実施形態では、連接棒６６の軸９８は、上死点位置では、シリンダライナ４２の軸１００と実質的に位置が合っている。例えば、連接棒６６が図２の破線で示す位置１０２にあるとき、ピストン２４は上死点位置にある。認識されるように、ピストン２４が上死点位置にあるとき、燃焼室１４の容積は最小値になる。上死点位置で、ピストン２４の動きは、軸方向軸４８に沿って逆方向になる。いくつかの実施形態では、連接棒６６の軸９８が、シリンダライナ４２の軸１００の約１５度以下、１０度以下、または５度以下の範囲内にあるとき、シリンダライナ４２の上部９２は、トップランド５４と半径方向に向かい合っている内壁４４の部分を含む。これに加えて、またはその代わりに、ピストン２４が上死点位置にあるとき、シリンダライナ４２の上部９２は、ピストン２４のトップランド５４の上方にある内壁４４の部分を含む。いくつかの実施形態では、シリンダライナ４２の上部９２の直径は、シリンダライナ４２の移動部９０の直径と実質的に等しくすることができる。 The piston 24 reciprocates along the axial axis 48 between a first axial end 86 and a second axial end 88 of the cylinder liner 42 to rotate the crankshaft 64 as shown by arrow 70. Let it. The top land 54 of the piston 24 reciprocates through the moving portion 90 of the inner wall 44 of the cylinder liner 42 for most of the reciprocating motion. When the piston 24 is in the top dead center position within the cylinder liner 42, the piston top land 54 is radially opposed to the upper portion 92 of the cylinder liner 42. As will be appreciated, the top dead center position of the piston 24 coincides when the top surface 94 of the piston 24 is at the vertex 96. In some embodiments, the axis 98 of the connecting rod 66 is substantially aligned with the axis 100 of the cylinder liner 42 at the top dead center position. For example, when the connecting rod 66 is at the position 102 shown by the broken line in FIG. 2, the piston 24 is at the top dead center position. As will be appreciated, when piston 24 is at the top dead center position, the volume of combustion chamber 14 is at a minimum. At the top dead center position, the movement of the piston 24 is reversed along the axial axis 48. In some embodiments, when the axis 98 of the connecting rod 66 is within about 15 degrees or less, 10 degrees or less, or 5 degrees or less of the axis 100 of the cylinder liner 42, the upper portion 92 of the cylinder liner 42 It includes a portion of the inner wall 44 radially facing the top land 54. Additionally or alternatively, when piston 24 is in the top dead center position, upper portion 92 of cylinder liner 42 includes a portion of inner wall 44 above top land 54 of piston 24. In some embodiments, the diameter of the upper portion 92 of the cylinder liner 42 can be substantially equal to the diameter of the moving portion 90 of the cylinder liner 42.
図３は、エンジン１２のピストン２４およびシリンダライナ４２の図２の線３−３内を見た部分断面図である。図３は、ピストン２４のトップランド５４がシリンダライナ４２の上部９２と半径方向に向かい合っている、上死点位置のピストン２４を示す。燃料２０および空気１８は、ピストン２４が上死点位置に近づく前、またはほぼ近づくときに、燃焼室１４内で燃焼を始めることができる。燃焼室１４内の燃料２０および空気１８の部分は、ピストン２４のいくつかの燃焼サイクルで完全には反応しない場合がある。不完全燃焼生成物は、エミッションならびに／あるいはシリンダライナ４２またはピストン２４での堆積物（例えば、カーボン堆積物）の形成の原因となる場合がある。これに加えて、またはその代わりに、コークス化した潤滑剤（例えば、オイル）は、ピストン２４のトップランド５４および／またはシリンダライナ４２の上部９２などの燃焼室１４の表面にカーボン堆積物を形成する場合がある。特定の寸法より大きな燃焼室１４の近くの隙間またはクレビスは、ピストン組立体４０のクレビス体積を増やす場合がある。クレビスは、１つのピストンサイクルから別のサイクルまで、排気ガス７８または燃料−空気混合物８４の部分を保持し、それによって燃焼効率を下げる場合がある。これに加えて、またはその代わりに、クレビスは、あるピストンサイクルで燃料２０または空気１８の部分を保持し、それによって、ピストンサイクルで不完全反応となって、燃焼効率を下げる場合がある。 FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the piston 24 and the cylinder liner 42 of the engine 12 taken along line 3-3 in FIG. FIG. 3 shows the piston 24 in the top dead center position, with the top land 54 of the piston 24 radially facing the upper portion 92 of the cylinder liner 42. The fuel 20 and air 18 may begin burning in the combustion chamber 14 before, or near, the piston 24 approaches the top dead center position. Portions of the fuel 20 and air 18 in the combustion chamber 14 may not completely react in some combustion cycles of the piston 24. Incomplete combustion products may cause emissions and / or formation of deposits (eg, carbon deposits) on cylinder liner 42 or piston 24. Additionally or alternatively, the coked lubricant (eg, oil) forms a carbon deposit on the surface of the combustion chamber 14, such as the top land 54 of the piston 24 and / or the upper portion 92 of the cylinder liner 42. May be. Gaps or clevises near the combustion chamber 14 that are larger than certain dimensions may increase the clevis volume of the piston assembly 40. The clevis may retain a portion of the exhaust gas 78 or fuel-air mixture 84 from one piston cycle to another, thereby reducing combustion efficiency. Additionally or alternatively, the clevis may retain a portion of the fuel 20 or air 18 in some piston cycles, thereby resulting in incomplete reaction in the piston cycle and reducing combustion efficiency.
したがって、ピストン組立体４０のピストン２４およびシリンダライナ４２の形状を密接トップランド（ＴＴＬ）設計にすれば、それによってピストン組立体４０のクレビス体積が減り、エミッションが減り、燃焼効率を上げることができる。本明細書で規定するように、ＴＴＬ設計では、エンジン１２が定格温度（例えば、約４８０°から８１５℃、約５４０°から７６０℃、または約５９０°から７００℃の間の燃焼温度）で運転されるとき、運転隙間は半径方向で約２５μｍより小さい。例えば、ＴＴＬ設計では、エンジン１２が定格温度で運転されるとき、シリンダライナ４２の上部９２の第１の表面１２０とピストン２４のトップランド５４の第２の表面１２２との間の運転隙間（例えば、隙間８０）は半径方向で約３５、３０、２５、２０、または１５μｍより小さくすることができる。いくつかの実施形態において、ピストン組立体４０のＴＴＬ設計では、ピストン２４のトップランド５４周りのトップランド半径隙間は、室温（約２０℃）で、アルミニウム製ピストンに対して、公称ボア直径の約０．３６％から０．４６％とすることができる。ＴＴＬ設計の別の材料（例えば、鉄鋼）のピストンに対するトップランド５４周りのトップランド半径隙間は、アルミニウム製ピストンのトップランド半径隙間に他の材料（例えば、鉄鋼）とアルミニウムとの熱膨張係数の比を掛けることによって決めることができる。例えば、１３．２（１０-6ｍ／ｍ・Ｋ）の熱膨張係数の４２ＣｒＭｏ４Ｖ鋼および２１（１０-6ｍ／ｍ・Ｋ）の熱膨張係数のＭ１２４Ｇアルミニウムに対しては、４２ＣｒＭｏ４Ｖ鋼のピストンに対するトップランド５４周りのトップ半径隙間は、４２ＣｒＭｏ４Ｖ鋼のピストンの公称ボア直径の約０．２３％から０．２９％の間である（例えば、０．３６％×（１３．２／２１）＝０．２３％、０．４６×（１３／２１）＝０．２９％）。 Therefore, if the shape of the piston 24 and the cylinder liner 42 of the piston assembly 40 is made to be a close top land (TTL) design, the clevis volume of the piston assembly 40 is reduced, the emission is reduced, and the combustion efficiency can be increased. . As defined herein, in a TTL design, engine 12 operates at a rated temperature (eg, a combustion temperature between about 480 ° to 815 ° C, about 540 ° to 760 ° C, or about 590 ° to 700 ° C). When operated, the operating clearance is less than about 25 μm in the radial direction. For example, in the TTL design, when the engine 12 is operated at the rated temperature, the operating clearance between the first surface 120 of the upper portion 92 of the cylinder liner 42 and the second surface 122 of the top land 54 of the piston 24 (e.g., , Gap 80) can be less than about 35, 30, 25, 20, or 15 μm in the radial direction. In some embodiments, in the TTL design of the piston assembly 40, the top land radius gap around the top land 54 of the piston 24 is about room temperature (about 20 ° C.) and about a nominal bore diameter for an aluminum piston at room temperature. It can be from 0.36% to 0.46%. The top land radial gap around the top land 54 for a piston of another material (eg, steel) of the TTL design is the thermal expansion coefficient of aluminum between the other material (eg, steel) and aluminum in the top land radius gap of the aluminum piston. It can be determined by multiplying by the ratio. For example, for 42CrMo4V steel with a thermal expansion coefficient of 13.2 ( 10-6 m / mK) and M124G aluminum with a thermal expansion coefficient of 21 ( 10-6 m / mK), a 42CrMo4V steel piston Is between about 0.23% and 0.29% of the nominal bore diameter of the 42CrMo4V steel piston (eg, 0.36% × (13.2 / 21) = 0.23%, 0.46 × (13/21) = 0.29%).
排気ガス７８または潤滑剤からのカーボン堆積物は、燃焼室１４の周りの表面に形成する場合がある。カーボン堆積物がトップランド５４の第２の表面１２２に形成する場合、カーボン堆積物は、シリンダライナ４２の内面４４の移動部９０での摩擦および摩耗（例えば、カーボンによる引っ掻き、およびボアの研磨）を増大させる場合がある。シリンダライナ４２の内面４４での摩耗は、隙間８０が増大することによってオイル消費を増大させる場合がある。これに加えて、またはその代わりに、内面４４での摩耗が増大すると、トップの環状リング５８または追加の環状リング６２を通過する燃料２０、空気１８、および／または燃焼生成物７８のブローバイが増加する場合がある。 Carbon deposits from the exhaust gases 78 or lubricants may form on surfaces around the combustion chamber 14. If carbon deposits form on the second surface 122 of the top land 54, the carbon deposits may be rubbed and worn (eg, scratched by carbon and polished bores) at the moving portion 90 of the inner surface 44 of the cylinder liner 42. May be increased. Wear on the inner surface 44 of the cylinder liner 42 may increase oil consumption due to the increased gap 80. Additionally or alternatively, increased wear on inner surface 44 increases blow-by of fuel 20, air 18 and / or combustion products 78 through top annular ring 58 or additional annular ring 62. May be.
ピストン２４に向かって半径方向内向きに延在するシリンダライナ４２の上部９２の研磨防止リングは、トップランド５４と相互作用して、第２の表面１２２から堆積物を取り除くことができる。研磨防止リングとともに使用されるピストン２４のトップランド５４は、本明細書で説明する研磨防止リングなしで使用される所与のシリンダライナ４２とともに使用されるピストン２４のトップランド５４よりも、所与のシリンダライナ４２に対して小さい（例えば、直径が小さい）。研磨防止リングを有するピストン組立体４０で、より小さいトップランド５４を使用すると、ピストン２４の第２の表面１２２とシリンダライナ４２の内側環状壁４４との間の隙間８０が増大する。研磨防止リングでは隙間８０がより大きいので、本明細書で説明する研磨防止リングなしのピストン組立体４０の実施形態に対して、クレビス体積が増大し、エンジン効率が下がる場合がある。さらに、研磨防止リングを有するピストン組立体４０は、研磨防止リングなしのピストン組立体４０に対して、トップランド５４およびシリンダライナ４２の温度を上昇させる場合がある。トップランド５４およびシリンダライナの温度が低いピストン組立体４０では、エミッションが減り、ピストン２４の疲労寿命が延び、潤滑剤の使用可能な寿命が延び、潤滑剤交換間隔の頻度が減り、またはそれらが任意に組み合わさる。 An anti-abrasive ring on the upper portion 92 of the cylinder liner 42 extending radially inward toward the piston 24 can interact with the top land 54 to remove deposits from the second surface 122. The top lands 54 of the piston 24 used with the anti-abrasion ring are more given than the top lands 54 of the piston 24 used with a given cylinder liner 42 used without the anti-abrasion ring described herein. Of the cylinder liner 42 (for example, the diameter is small). The use of a smaller top land 54 in the piston assembly 40 having an anti-abrasive ring increases the gap 80 between the second surface 122 of the piston 24 and the inner annular wall 44 of the cylinder liner 42. Due to the larger gap 80 in the anti-abrasive ring, the clevis volume may be increased and engine efficiency may be reduced for embodiments of the piston assembly 40 without the anti-abrasive ring described herein. Further, the piston assembly 40 with the anti-abrasion ring may increase the temperature of the top land 54 and the cylinder liner 42 over the piston assembly 40 without the anti-abrasion ring. With the piston assembly 40 having a lower temperature of the top land 54 and the cylinder liner, the emission is reduced, the fatigue life of the piston 24 is extended, the usable life of the lubricant is extended, the frequency of lubricant change intervals is reduced, or Arbitrarily combined.
いくつかの実施形態では、上部９２の第１の表面１２０は、燃焼室１４のクレビス体積には大きく影響せずに、トップランド５４に対する上部９２でのカーボン堆積物の形成を促進する表面仕上げにする。すなわち、第１の表面１２０の「巨視的な」表面仕上げはクレビス体積を増大させる場合があるのに反して、本明細書で説明する第１の表面仕上げの実施形態は、ＴＴＬ設計の隙間に比べてクレビス体積には実質的に大きな影響を及ぼさない「微視的な」表面仕上げを含む。例えば、第１の表面１２０の第１の表面仕上げの平均粗さ（Ｒａ）は、エンジン１２の運転時、ＴＴＬ隙間（約２５μｍ）より小さい。上部９２の第１の表面１２０のカーボン堆積物は、隙間８０に少なくとも部分的に延在して、ピストン２４のトップランド５４の第２の表面１２２に形成する場合があるカーボン堆積物を掻き落とす、または取り除くことができる。認識されるように、表面仕上げは、少なくとも表面粗さパラメータおよびうねりパラメータによって定義することができ、表面粗さパラメータは、細かな間隔での表面の不規則性の尺度であり、うねりパラメータは、代表長さにわたって表面粗さパラメータの間隔よりも長い間隔での表面の不規則性の尺度である。本明細書で考察する表面粗さパラメータは平均粗さ（Ｒａ）パラメータである。Ｒａは、輪郭に沿う絶対値の算術平均に相当するパラメータである。本明細書で考察する表面うねりパラメータは、全うねり（Ｗｔ）パラメータであり、Ｗｔは、輪郭の最大輪郭山高さと最大輪郭谷深さの和である。認識されるように、ＷｔおよびＲａは、約０．５、０．８、または１．０ｍｍなどの代表長さで明示される。第１の表面１２０の平均粗さＲａ1は約１、２、３、４、５、１０、１５、または２０μｍより大きくすることができる。いくつかの実施例では、第１の表面１２０のＲａ1は、約２０μｍなど、約２５μｍより小さくすることができる。第１の表面のＷｔは、約０．１、０．０５、または０．０３ｍｍより小さくすることができる。例えば、第１の表面仕上げは、約１μｍより大きい平均粗さＲａ1、かつ約０．１ｍｍより小さい全うねりＷｔとすることができる。「巨視的な」表面仕上げは、限定するものではないが、ピストン組立体４０のクレビス体積を大きく増大させない、２５μｍより小さいＲａ1および０．１ｍｍより小さいＷｔの第１の表面１２０の実施形態を含むことは理解される。いくつかの実施形態では、第１の表面１２０の第１の表面仕上げは、限定するものではないが、穴あけ、フライス削り、中ぐり、ブローチ削り、リーマ仕上げ、研削、ホーニング、電解研磨、研磨、またはラッピング、あるいはこれらの任意の組合せを含む工程によって形成することができる。 In some embodiments, the first surface 120 of the upper portion 92 has a surface finish that promotes the formation of carbon deposits on the upper portion 92 relative to the top land 54 without significantly affecting the clevis volume of the combustion chamber 14. I do. That is, while the “macroscopic” surface finish of the first surface 120 may increase the clevis volume, the embodiments of the first surface finish described herein provide a gap in the TTL design. Includes a "microscopic" surface finish that has substantially no significant effect on clevis volume in comparison. For example, the average roughness (Ra) of the first surface finish of the first surface 120 during operation of the engine 12 is smaller than the TTL gap (about 25 μm). The carbon deposit on the first surface 120 of the upper portion 92 extends at least partially into the gap 80 to scrape off carbon deposits that may form on the second surface 122 of the top land 54 of the piston 24. , Or can be removed. As will be appreciated, the surface finish can be defined by at least a surface roughness parameter and a waviness parameter, wherein the surface roughness parameter is a measure of the irregularity of the surface at fine intervals, and the waviness parameter is: It is a measure of the irregularity of the surface at intervals longer than the interval of the surface roughness parameter over a representative length. The surface roughness parameter discussed herein is the average roughness (Ra) parameter. Ra is a parameter corresponding to the arithmetic mean of the absolute values along the contour. The surface undulation parameter discussed herein is a full undulation (Wt) parameter, where Wt is the sum of the maximum contour ridge height and the maximum contour valley depth of the contour. As will be appreciated, Wt and Ra are specified with a representative length, such as about 0.5, 0.8, or 1.0 mm. The average roughness Ra 1 of the first surface 120 can be greater than about 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, or 20 μm. In some embodiments, Ra 1 of first surface 120 can be less than about 25 μm, such as about 20 μm. The Wt of the first surface can be less than about 0.1, 0.05, or 0.03 mm. For example, the first surface finish can have an average roughness Ra 1 greater than about 1 μm and a total undulation Wt less than about 0.1 mm. A “macroscopic” surface finish includes, but is not limited to, an embodiment of the first surface 120 with a Ra 1 of less than 25 μm and a Wt of less than 0.1 mm that does not significantly increase the clevis volume of the piston assembly 40. It is understood to include. In some embodiments, the first surface finish of the first surface 120 includes, but is not limited to, drilling, milling, boring, broaching, reaming, grinding, honing, electropolishing, polishing, Alternatively, it can be formed by a process including lapping or any combination thereof.
いくつかの実施形態では、ピストン組立体４０のＴＴＬ設計の半径隙間は、上部９２およびトップランド５４でのカーボン堆積物の形成を低減することができる。しかしながら、隙間８０がエンジン１２の運転中にボアが変形することによって増大する場合でも、上部９２の第１の表面１２０で形成するカーボン堆積物は、トップランド５４の第２の表面１２２でのカーボン堆積物の形成を抑制することができる。トップランド５４の第２の表面１２２でのカーボン堆積物の形成が低減されると、内壁４４の摩耗が減り、ピストン２４とシリンダライナ４２との間のシールの寿命が延び、トップランド５４およびシリンダライナ４２の温度が、所望の動作温度の範囲内に（例えば、２５０℃より低く）保たれ、またはこれらのことが任意に組み合わさる。シールの寿命が延び、かつ／あるいはピストン２４またはシリンダライナ４２の摩耗が減ると、メンテナンス間隔に関係する休止時間を減らすことができ、それによって、エンジン１２が、より長期間、負荷２８に動力を与え続けることができる。カーボン堆積物が形成されると、構成部品（例えば、ピストン２４、シリンダライナ４２）の温度が上昇する場合がある。したがって、トップランド５４の第２の表面１２２でのカーボン堆積物の形成を減らせば、ピストン２４からシリンダライナ４２への熱伝達が増え、それによって、トップランド５４の温度が下がり、さらにトップランド５４の第２の表面でカーボン堆積物が形成される可能性が減る場合がある。 In some embodiments, the radial clearance of the TTL design of the piston assembly 40 can reduce the formation of carbon deposits on the upper portion 92 and the top land 54. However, even if the gap 80 increases due to the deformation of the bore during operation of the engine 12, the carbon deposits that form on the first surface 120 of the upper portion 92 will not Formation of deposits can be suppressed. Reducing the formation of carbon deposits on the second surface 122 of the top land 54 reduces wear on the inner wall 44, extends the life of the seal between the piston 24 and the cylinder liner 42, and increases the life of the top land 54 and the cylinder. The temperature of the liner 42 is maintained within a desired operating temperature range (eg, below 250 ° C.), or any combination of these. Extended seal life and / or reduced wear of piston 24 or cylinder liner 42 can reduce downtime associated with maintenance intervals, thereby allowing engine 12 to power load 28 for longer periods of time. You can keep giving. When the carbon deposit is formed, the temperature of the components (for example, the piston 24 and the cylinder liner 42) may increase. Accordingly, reducing the formation of carbon deposits on the second surface 122 of the topland 54 increases heat transfer from the piston 24 to the cylinder liner 42, thereby lowering the temperature of the topland 54 and further reducing the temperature of the topland 54. May be less likely to form carbon deposits on the second surface.
いくつかの実施形態では、トップランド５４の第２の表面１２２の第２の表面仕上げは、トップランド５４でのカーボン堆積物の形成を抑制するように構成される。トップランド５４の第２の表面１２２の平均粗さＲａ2は２、１、０．８、０．５、または０．３μｍより小さくすることができる。いくつかの実施形態では、第２の表面１２２の第２の表面仕上げは、限定するものではないが、穴あけ、フライス削り、中ぐり、ブローチ削り、リーマ仕上げ、研削、ホーニング、電解研磨、研磨、またはラッピング、あるいはこれらの任意の組合せを含む工程によって形成することができる。これに加えて、またはその代わりに、２μｍより大きな平均粗さのトップランド５４にコーティングを施すことができ、その結果、コーティングを施した第２の表面１２２のＲａ2は、約２、１、０．８，０．５、または０．３μｍより小さい。コーティングには、限定するものではないが、クロム、グラファイト、モリブデン、鋳鉄、およびシリコンなどが含まれる。トップランド５４の第２の表面１２２の表面仕上げは、シリンダライナ４２の上部９２の第１の表面１２０よりも滑らかな場合（例えば、Ｒａ2＜Ｒａ1）、カーボン堆積物は、トップランド５４の第２の表面１２２よりも上部９２の第１の表面１２０に保持されやすい。すなわち、第１の表面１２０の表面粗さは、カーボン堆積物を機械的に強く固定して保持し、第２の表面１２２の表面粗さはカーボン堆積物を機械的に弱く固定して保持する場合がある。いくつかの実施形態では、第１の表面１２０の平均粗さパラメータＲａ1と第２の表面１２２の平均粗さパラメータＲａ2との間の差は、値の差よりも大きい場合がある。値の差は、約０．５、０．７、１、２、３、４、５μｍ、またはそれより大きい場合がある。いくつかの実施形態では、Ｒａ1はＲａ2より、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれより大きな倍率で、大きい場合がある。Ｒａ1とＲａ2との間の差が大きくなると、ピストン組立体４０に形成されるカーボン堆積物がシリンダライナ４２の上部９２の第１の表面１２０に形成される確率が高くなる場合がある。 In some embodiments, the second surface finish of the second surface 122 of the topland 54 is configured to suppress the formation of carbon deposits on the topland 54. The average roughness Ra 2 of the second surface 122 of the top land 54 can be less than 2 , 1, 0.8, 0.5, or 0.3 μm. In some embodiments, the second surface finish of the second surface 122 includes, but is not limited to, drilling, milling, boring, broaching, reaming, grinding, honing, electropolishing, polishing, Alternatively, it can be formed by a process including lapping or any combination thereof. Additionally or alternatively, the top land 54 having an average roughness greater than 2 μm can be coated so that the Ra 2 of the coated second surface 122 is about 2,1,. It is smaller than 0.8, 0.5 or 0.3 μm. Coatings include, but are not limited to, chromium, graphite, molybdenum, cast iron, silicon, and the like. If the surface finish of the second surface 122 of the top land 54 is smoother than the first surface 120 of the upper portion 92 of the cylinder liner 42 (for example, Ra 2 <Ra 1 ), the carbon deposits It is easier to hold on the first surface 120 of the upper portion 92 than on the second surface 122. That is, the surface roughness of the first surface 120 holds the carbon deposit mechanically and firmly, and the surface roughness of the second surface 122 holds the carbon deposit mechanically and weakly. There are cases. In some embodiments, the difference between the average roughness parameter Ra 1 of the first surface 120 and the average roughness parameter Ra 2 of the second surface 122 may be greater than the difference between the values. The difference in values may be about 0.5, 0.7, 1, 2, 3, 4, 5 μm, or greater. In some embodiments, Ra 1 may be greater than Ra 2 by a factor of 2 , 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, or more. As the difference between Ra 1 and Ra 2 increases, the probability that carbon deposits formed on the piston assembly 40 will form on the first surface 120 of the upper portion 92 of the cylinder liner 42 may increase.
シリンダライナ４２のトップリング反転部１２４の下方で、内壁４４の移動部９０の第３の表面仕上げの平均粗さ（Ｒａ3）は、約１、０．８、または０．５μｍより小さくすることができる。認識されるように、シリンダライナ４２のトップリング反転部１２４は、上死点位置において、トップランド５４の底部と半径方向に向かい合っている。したがって、シリンダライナ４２の上部９２は、トップリング反転部１２４の軸方向４８の上の部分として定義することができる。平均粗さＲａ3は、平均粗さＲａ1より小さくする（例えば、より滑らかにする）ことができ、それによって、内壁４４の移動部９０でのカーボン堆積物の形成を抑制することができる。いくつかの実施形態では、トップランド５４の第２の表面１２２の平均粗さＲａ2は、内壁４４の移動部９０の平均粗さＲａ3とほぼ同じかまたは小さくすることができる。例えば、移動部９０の平均粗さＲａ3は、第２の表面１２２の平均粗さＲａ2より約０、１０、２５、５０、１００、２００、３００、または４００パーセント大きくすることができる。内壁４４の移動部９０の第３の表面仕上げは、限定するものではないが、穴あけ、フライス削り、中ぐり、ブローチ削り、リーマ仕上げ、研削、ホーニング（例えば、プラトーホーニング）、電解研磨、研磨、またはラッピング、あるいはこれらの任意の組合せを含む工程によって形成することができる。 Below the top ring reversal portion 124 of the cylinder liner 42, the average roughness (Ra 3 ) of the third surface finish of the moving portion 90 of the inner wall 44 should be less than about 1, 0.8, or 0.5 μm. Can be. As can be appreciated, the top ring reversal portion 124 of the cylinder liner 42 radially faces the bottom of the top land 54 at the top dead center position. Therefore, the upper portion 92 of the cylinder liner 42 can be defined as a portion of the top ring reversing portion 124 above the axial direction 48. The average roughness Ra 3 can be smaller (for example, smoother) than the average roughness Ra 1 , thereby suppressing the formation of carbon deposits at the moving portion 90 of the inner wall 44. In some embodiments, the average roughness Ra 2 of the second surface 122 of the top land 54 can be about the same as or less than the average roughness Ra 3 of the moving portion 90 of the inner wall 44. For example, the average roughness Ra 3 of the moving portion 90 can be about 0, 10, 25, 50, 100, 200, 300, or 400 percent greater than the average roughness Ra 2 of the second surface 122. The third surface finish of the moving portion 90 of the inner wall 44 includes, but is not limited to, drilling, milling, boring, broaching, reaming, grinding, honing (eg, plateau honing), electrolytic polishing, polishing, Alternatively, it can be formed by a process including lapping or any combination thereof.
図４は、エンジン１２のピストン２４およびシリンダライナ４２の図２の線３−３内を見た部分断面図である。図４は、上死点位置に向かって軸方向４８に動くピストン２４を示す。シリンダライナ４２の上部９２の第１の表面１２０の第１の付着した堆積物１３０は、ピストン２４とシリンダライナ４２との間の環状隙間８０内に延在する。ピストン２４が上死点位置の方へ動くと、第１の表面１２０の第１の付着した堆積物１３０は、ピストン２４のトップランド５４の第２の表面１２２の第２の付着した堆積物１３２と相互作用する場合がある。第１の表面１２０の第１の表面仕上げが第１の付着した堆積物１３０を上部９２に固定することの方が、第２の表面１２２の第２の表面仕上げが第２の付着した堆積物１３２をピストン２４のトップランド５４に固定することよりも強い。したがって、上部９２の第１の付着した堆積物１３０がトップランド５４から取り除く第２の付着した堆積物１３２の方が、第２の付着した堆積物１３２が上部９２から取り除く第１の付着した堆積物１３０よりも多い。したがって、ピストン２４のトップランド５４は、第１の表面１２０の第１の付着した堆積物１３０によってきれいにされ、それによって、トップランド５４の第２の表面１２２とシリンダライナ４２の移動部９０との間の摩擦が減る。いくつかの実施形態では、第１の表面１２０の第１の表面仕上げが、第２の表面１２２の第２の表面仕上げより多くの潤滑剤（例えば、オイル）を集めて保持することに少なくともある程度基づいて、第１の表面１２０は第２の表面１２２よりも速い割合で堆積物を蓄積する場合がある。保持された潤滑剤は燃焼中にコークス化し、それによって、堆積物１３０を形成する場合がある。 FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the piston 24 and the cylinder liner 42 of the engine 12 taken along line 3-3 in FIG. FIG. 4 shows the piston 24 moving in the axial direction 48 toward the top dead center position. A first deposited deposit 130 on the first surface 120 of the upper portion 92 of the cylinder liner 42 extends into the annular gap 80 between the piston 24 and the cylinder liner 42. As piston 24 moves toward the top dead center position, first deposited deposit 130 on first surface 120 becomes second deposited deposit 132 on second surface 122 of top land 54 of piston 24. May interact with The first surface finish of the first surface 120 secures the first attached deposit 130 to the upper portion 92, and the second surface finish of the second surface 122 provides the second attached deposit It is stronger than fixing the 132 to the top land 54 of the piston 24. Thus, the second attached deposit 132 that the first attached deposit 130 of the upper portion 92 removes from the top land 54 is the first attached deposit that the second attached deposit 132 removes from the upper portion 92. More than thing 130. Accordingly, the top land 54 of the piston 24 is cleaned by the first deposited deposit 130 on the first surface 120, thereby allowing the second surface 122 of the top land 54 to move with the moving portion 90 of the cylinder liner 42. The friction between them is reduced. In some embodiments, the first surface finish of first surface 120 at least partially collects and retains more lubricant (eg, oil) than the second surface finish of second surface 122. Based on this, the first surface 120 may accumulate deposits at a faster rate than the second surface 122. Retained lubricant may coke during combustion, thereby forming deposits 130.
本明細書で考察した実施形態の技術的効果として、クレビス体積を減らし、エンジン運転中に燃焼室内でのカーボン堆積物の形成を減らすことが挙げられる。これに加えて、またはその代わりに、本明細書で考察した実施形態の技術的効果として、ピストンの温度を下げ、燃焼効率を改善し、オイル消費を減らし、シリンダライナの摩耗を減らし、ブローバイを減らし、ピストン周りのシールリングの寿命を延ばす、またはそれらのことが任意に組み合わされることが挙げられる。シリンダライナの上部の表面仕上げがトップランドの表面仕上げに対して粗いことによって、シリンダライナの上部で堆積物がより形成しやすくなる。さらに、カーボン堆積物がシリンダライナおよびピストンに形成される限りでは、シリンダライナの上部の表面仕上げがトップランドの表面仕上げよりも粗いことによって、ピストンがシリンダライナ内を往復運動している間、上部の付着した堆積物が、ピストンのトップランドから堆積物を取り除くことができる。 The technical effects of the embodiments discussed herein include reducing clevis volume and reducing the formation of carbon deposits in the combustion chamber during engine operation. Additionally or alternatively, the technical effects of the embodiments discussed herein include lowering piston temperature, improving combustion efficiency, reducing oil consumption, reducing cylinder liner wear, reducing blow-by. Reducing and extending the life of the seal ring around the piston, or any combination thereof. The rougher surface finish of the top of the cylinder liner relative to the surface finish of the top lands makes it easier for deposits to form at the top of the cylinder liner. In addition, as long as carbon deposits form on the cylinder liner and piston, the surface finish on the top of the cylinder liner is rougher than the surface finish on the top land, which allows the piston to reciprocate within the cylinder liner. Deposits can remove the deposits from the top lands of the piston.
本明細書では、最良の態様を含む例を用いて本発明を開示し、さらに、任意の装置またはシステムの作製および使用、ならびに任意の組み入れられた方法の実施を含め、当業者が本発明を実施できるように本発明を開示している。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の例も含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違ない構成要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に相違ない等価の構成要素を有する場合、特許請求の範囲内であることを意図している。 The invention is disclosed herein using examples, including the best mode, and further described by one of ordinary skill in the art, including making and using any device or system, and performing any of the incorporated methods. The present invention is disclosed so that it can be implemented. The patentable scope of the invention is defined by the claims, and may include other examples that occur to those skilled in the art. Such other examples may include components that do not differ from the language of the claims, or equivalent components that do not substantially differ from the language of the claims. Intended to be.
１０ 動力発生システム
１２ エンジン
１４ 燃焼室
１６ 空気供給部
１８ 酸化剤、空気
２０ 燃料
２２ 燃料供給部
２４ ピストン
２６ 軸
２８ 負荷
３０ シリンダ
４０ ピストン組立体
４２ シリンダライナ
４４ 内壁
４６ 空洞
４８ 軸方向
５０ 半径方向
５２ 周方向
５４ トップランド
５６ トップの環状溝
５８ トップの環状リング
６０ 追加の環状溝
６２ 追加の環状リング
６４ クランク軸
６６ 連接棒
６８ ピン
７０ 回転方向
７２ 燃料噴射器
７４ 弁
７６ 排気弁
７８ 排気ガス
８０ 隙間
８２ ピストンの外面
８６ シリンダライナの第１の軸方向端
８８ シリンダライナの第２の軸方向端
９０ シリンダライナの内壁の移動部
９２ シリンダライナの上部
９４ ピストンの頂面
９６ 頂点
９８ 連接棒の軸
１００ シリンダライナの軸
１０２ ピストンが上死点位置にあるときの連接棒の位置
１２０ シリンダライナの上部の第１の表面
１２２ ピストンのトップランドの第２の表面
１２４ シリンダライナのトップリング反転部
１３０ 第１の堆積物
１３２ 第２の堆積物
Reference Signs List 10 power generation system 12 engine 14 combustion chamber 16 air supply part 18 oxidant, air 20 fuel 22 fuel supply part 24 piston 26 shaft 28 load 30 cylinder 40 piston assembly 42 cylinder liner 44 inner wall 46 cavity 48 axial direction 50 radial direction 52 Circumferential direction 54 Top land 56 Top annular groove 58 Top annular ring 60 Additional annular groove 62 Additional annular ring 64 Crankshaft 66 Connecting rod 68 Pin 70 Rotation direction 72 Fuel injector 74 Valve 76 Exhaust valve 78 Exhaust gas 80 Clearance 82 Outer surface of piston 86 First axial end of cylinder liner 88 Second axial end of cylinder liner 90 Moving part of inner wall of cylinder liner 92 Upper part of cylinder liner 94 Top surface of piston 96 Apex 98 Connecting rod shaft 100 Cylinder liner shaft 10 2 Position of connecting rod when piston is at top dead center position 120 First surface on top of cylinder liner 122 Second surface on top land of piston 124 Top ring inversion of cylinder liner 130 First deposit 132 Second sediment
Claims (20)
前記空洞（４６）内に配置され、前記シリンダライナ（４２）内を往復動式に動くように構成されたピストン（２４）であって、前記ピストン（２４）が上死点位置にあるとき、前記シリンダライナ（４２）の前記内壁（４４）の前記上部（９２）と半径方向に向かい合うように構成されたトップランド（５４）を備えるピストン（２４）とを備える往復動エンジン（１２）。 A cylinder liner (42) having an inner wall (44) and extending around a cavity (46), wherein the inner wall (44) has a first axial end (86), a second axial end. (88), a piston moving portion (90), and an upper portion (92), wherein the upper portion (92) is higher than the second axial end (88) of the cylinder liner (42). closer to the first axial end (86) of) the upper (92) comprises a first surface finish, said first surface finish, size bur about 20μm is less than the first than about 2μm A cylinder liner having a roughness (Ra 1 ) and a total waviness (Wt) of less than about 0.1 mm, wherein Ra 1 and Wt are based on a representative length of about 0.8 mm;
A piston (24) disposed within the cavity (46) and configured to reciprocate within the cylinder liner (42), wherein the piston (24) is at a top dead center position; A reciprocating engine (12) comprising a piston (24) having a top land (54) configured to face radially opposite the upper portion (92) of the inner wall (44) of the cylinder liner (42).
前記空洞（４６）内に配置され、前記シリンダライナ（４２）内を往復動式に動くように構成されたピストン（２４）であって、
前記ピストン（２４）の周りを周方向に延在する少なくとも１つの環状溝と、
前記少なくとも１つの環状溝のトップの環状溝（５６）に隣接するトップランド（５４）であって、前記トップランド（５４）が第２の半径および第２の表面仕上げを備え、前記第１の半径と前記第２の半径との間の半径隙間が、前記往復動エンジン（１２）の運転中、約２５μｍより小さく、前記第２の表面仕上げが、約２μｍより小さな第２の平均粗さ（Ｒａ２）を備え、Ｒａ２がＲａ１より小さく、Ｒａ１、Ｗｔ、およびＲａ２が約０．８ｍｍの代表長さに基づく、トップランド（５４）とを備えるピストン（２４）とを備える往復動エンジン（１２）。 A cylinder liner (42) having an inner wall (44) and extending around a cavity (46), wherein the cylinder liner (42) is located above the inner wall (44) of the cylinder liner (42). 92) having a first radius, wherein the upper portion (92) has a first average roughness (Ra 1 ) greater than about 2 μm but less than about 20 μm and a total undulation (Wt) less than about 0.1 mm. A cylinder liner (42) having a first surface finish having;
A piston (24) disposed within said cavity (46) and configured to reciprocate within said cylinder liner (42);
At least one annular groove extending circumferentially around said piston (24);
A top land (54) adjacent an annular groove (56) at the top of the at least one annular groove, wherein the top land (54) comprises a second radius and a second surface finish; A radial gap between the radius and the second radius is less than about 25 μm during operation of the reciprocating engine (12), and the second surface finish is less than about 2 μm. equipped with Ra 2), Ra 2 is smaller than Ra 1, Ra 1, Wt, and ra 2 is based on the characteristic length of about 0.8 mm, reciprocating and a piston (24) and a top land (54) Dynamic engine (12).
前記空洞（４６）内に配置され、前記シリンダライナ（４２）内を往復動式に動くように構成されたピストン（２４）であって、前記ピストン（２４）が上死点位置にあるとき、前記シリンダライナ（４２）の前記内壁（４４）の前記上部（９２）と半径方向に向かい合うように構成されたトップランド（５４）を前記ピストン（２４）が備え、前記ピストン（２４）が前記トップランド（５４）で第２の半径を備え、前記ピストン（２４）の前記トップランド（５４）が、Ｒａ１より小さな第２の平均粗さ（Ｒａ２）を有する第２の表面仕上げを備える、ピストン（２４）と
を備える往復動エンジン（１２）であって、
前記往復動エンジン（１２）の運転中、前記第１の半径と前記第２の半径との間の半径隙間が約２５μｍより小さく、Ｒａ１とＲａ２との差が約０．５μｍより大きく、Ｒａ１、Ｗｔ、およびＲａ２が約０．８ｍｍの代表長さに基づく、往復動エンジン（１２）。 A cylinder liner (42) having an inner wall (44) and extending around a cavity (46), wherein the inner wall (44) has a first axial end (86), a second axial end. (88), a piston moving portion (90), and an upper portion (92), wherein the cylinder liner (42) has a first radius at the upper portion (92) of the inner wall (44); Are closer to the first axial end (86) of the cylinder liner (42) than the second axial end (88) of the cylinder liner (42), and the upper portion (92) is the first axial end. includes a surface finish, said first surface finish comprises about 2μm in size than Iga about 20μm is less than the first average roughness (Ra 1), and about a small total waviness than 0.1 mm (Wt), the cylinder Liner (42),
A piston (24) disposed within the cavity (46) and configured to reciprocate within the cylinder liner (42), wherein the piston (24) is at a top dead center position; The piston (24) includes a top land (54) configured to radially face the upper portion (92) of the inner wall (44) of the cylinder liner (42), wherein the piston (24) is a second radius land (54), said piston (24) the top land (54) comprises a second surface finish having smaller second average roughness than Ra 1 to (Ra 2), A reciprocating engine (12) comprising a piston (24);
During operation of the reciprocating engine (12), a radial gap between the first radius and the second radius is smaller than about 25 μm, a difference between Ra 1 and Ra 2 is larger than about 0.5 μm, A reciprocating engine (12), wherein Ra 1 , Wt, and Ra 2 are based on a representative length of about 0.8 mm.
The reciprocating engine (12) of claim 17, wherein Ra 2 is less than about 0.8 μm.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US14/465,564 US9359971B2 (en) | 2014-08-21 | 2014-08-21 | System for controlling deposits on cylinder liner and piston of reciprocating engine |
| US14/465,564 | 2014-08-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016044679A JP2016044679A (en) | 2016-04-04 |
| JP6666533B2 true JP6666533B2 (en) | 2020-03-18 |
Family
ID=54065673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015160008A Active JP6666533B2 (en) | 2014-08-21 | 2015-08-14 | System for controlling deposits on cylinder liners and pistons of reciprocating engines |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9359971B2 (en) |
| EP (1) | EP2987990B1 (en) |
| JP (1) | JP6666533B2 (en) |
| KR (1) | KR20160023556A (en) |
| CN (1) | CN105386887B (en) |
| BR (1) | BR102015020090A2 (en) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9957887B2 (en) * | 2016-07-29 | 2018-05-01 | Caterpillar Inc. | System for determining piston damage based on carbon deposit growth |
| DE102017215335B4 (en) * | 2016-09-28 | 2019-06-06 | Ford Global Technologies, Llc | Cylinder bore with piston kinematically variable bore surface, and method for producing the cylinder bore |
| US9976452B1 (en) * | 2016-10-31 | 2018-05-22 | Dana Automotive Systems Group, Llc | Reciprocating cylinder liner seal assembly |
| CN114251184A (en) * | 2017-03-22 | 2022-03-29 | 阿凯提兹动力公司 | Cylinder bore surface structure for opposed-piston engines |
| US10865734B2 (en) | 2017-12-06 | 2020-12-15 | Ai Alpine Us Bidco Inc | Piston assembly with offset tight land profile |
| DE102019219378A1 (en) * | 2019-12-11 | 2021-06-17 | Mahle International Gmbh | Cylinder liner for an internal combustion engine |
| US11002216B1 (en) * | 2020-02-28 | 2021-05-11 | Caterpillar Inc. | Cylinder liner and cylinder liner-piston assembly for abnormal combustion protection in an engine |
| US11346301B1 (en) * | 2020-11-12 | 2022-05-31 | Caterpillar Inc. | Piston having smoothed outer crown surface in deposit-sensitive zone |
Family Cites Families (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3657078A (en) * | 1969-07-30 | 1972-04-18 | Chromium Corp Of America | Method of producing cylinder liners with different degrees of roughness in high and low pressure areas |
| US4106463A (en) | 1977-01-31 | 1978-08-15 | Koppers Company, Inc. | Double taper piston |
| US4196547A (en) | 1978-02-22 | 1980-04-08 | Caterpillar Tractor Co. | Cylinder liner honing |
| DE3532308A1 (en) | 1985-09-11 | 1987-03-12 | Kolbenschmidt Ag | PISTON CYLINDER KIT FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES |
| DE8705785U1 (en) | 1987-04-21 | 1988-08-18 | Stork-Werkspoor Diesel B.V., Amsterdam | Piston combustion engine |
| JPH02271060A (en) | 1989-04-11 | 1990-11-06 | Aisin Seiki Co Ltd | Piston |
| US4987865A (en) * | 1989-10-11 | 1991-01-29 | Wickes Manufacturing Company | Reduced friction piston |
| GB9323596D0 (en) | 1993-11-16 | 1994-01-05 | Tickford Ltd | Exhaust emission reduction system for internal combusting engine |
| DK16494A (en) * | 1994-02-08 | 1995-08-09 | Man B & W Diesel Gmbh | Method of producing a cylinder liner as well as such liner |
| US5701861A (en) | 1994-07-22 | 1997-12-30 | Dana Corporation | Cylinder with hybrid bore surface |
| CA2207433A1 (en) | 1995-10-10 | 1997-04-17 | Evans Cooling Systems, Inc. | Piston assembly with piston ring support and sealing member |
| SE510909C2 (en) | 1997-01-16 | 1999-07-05 | Volvo Ab | Combustion Engine Piston |
| US5884600A (en) * | 1998-02-20 | 1999-03-23 | General Motors Corporation | Aluminum bore engine having wear and scuff-resistant aluminum piston |
| JP2000008948A (en) | 1998-04-21 | 2000-01-11 | Nissan Motor Co Ltd | Piston of internal combustion engine |
| DE19840117C2 (en) * | 1998-09-03 | 2001-08-16 | Daimler Chrysler Ag | Process for surface treatment of the inside of cylinder bores |
| FI106972B (en) | 1999-06-04 | 2001-05-15 | Waertsilae Tech Oy Ab | antipolishing |
| US6347575B1 (en) | 1999-06-30 | 2002-02-19 | Benjamin V. Booher | Low emission piston and ring for internal combustion engine |
| US6164260A (en) | 1999-07-13 | 2000-12-26 | Caterpillar Inc. | Scraping ring and sealing ring used with a cylinder liner in an internal combustion engine |
| CH695339A5 (en) * | 2002-02-27 | 2006-04-13 | Sulzer Metco Ag | Cylinder surface layer for internal combustion engines and methods for their preparation. |
| JP3821219B2 (en) * | 2002-03-27 | 2006-09-13 | 日本ピストンリング株式会社 | Cylinder liner having surface treatment film on inner peripheral surface and processing method thereof |
| US6684844B1 (en) * | 2002-09-10 | 2004-02-03 | General Motors Corporation | Piston and cylinder bore having improved scuffing resistance |
| JP2004116707A (en) * | 2002-09-27 | 2004-04-15 | Nippon Piston Ring Co Ltd | Combined sliding member |
| WO2005045222A1 (en) | 2003-10-16 | 2005-05-19 | Kabushiki Kaisha Riken | Internal combustion engine and liner installation ring |
| US7438039B2 (en) | 2004-02-06 | 2008-10-21 | Electro-Motive Diesel, Inc. | Large-bore, medium-speed diesel engine having piston crown bowl with acute re-entrant angle |
| US7726273B2 (en) * | 2004-03-15 | 2010-06-01 | Federal-Mogul World Wide, Inc. | High strength steel cylinder liner for diesel engine |
| EP1943444B2 (en) | 2005-11-03 | 2019-07-17 | GE Distributed Power, Inc. | Piston |
| US7438038B2 (en) | 2006-04-24 | 2008-10-21 | Federal-Mogul Worldwide, Inc. | Cylinder liner and methods construction thereof and improving engine performance therewith |
| JP4954644B2 (en) * | 2006-08-31 | 2012-06-20 | 日本ピストンリング株式会社 | Combination of cylinder liner and piston ring |
| US7677217B2 (en) | 2007-10-10 | 2010-03-16 | General Electric Company | Power assembly for internal combustion engine with in-cylinder deposit scraper |
| US7958814B2 (en) | 2008-03-26 | 2011-06-14 | General Electic Company | Power assembly for internal combustion engine with welded-in piston scraper |
| US8413632B2 (en) | 2009-06-04 | 2013-04-09 | Darrel Sand | Zero ridge cylinder bore |
| JP5620794B2 (en) * | 2010-11-18 | 2014-11-05 | いすゞ自動車株式会社 | piston ring |
-
2014
- 2014-08-21 US US14/465,564 patent/US9359971B2/en active Active
-
2015
- 2015-08-11 KR KR1020150112972A patent/KR20160023556A/en not_active Application Discontinuation
- 2015-08-14 JP JP2015160008A patent/JP6666533B2/en active Active
- 2015-08-17 EP EP15181236.9A patent/EP2987990B1/en active Active
- 2015-08-20 BR BR102015020090A patent/BR102015020090A2/en active Search and Examination
- 2015-08-21 CN CN201510516803.7A patent/CN105386887B/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20160053710A1 (en) | 2016-02-25 |
| BR102015020090A2 (en) | 2016-07-05 |
| EP2987990B1 (en) | 2020-06-24 |
| KR20160023556A (en) | 2016-03-03 |
| CN105386887A (en) | 2016-03-09 |
| US9359971B2 (en) | 2016-06-07 |
| CN105386887B (en) | 2019-11-01 |
| JP2016044679A (en) | 2016-04-04 |
| EP2987990A1 (en) | 2016-02-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6666533B2 (en) | System for controlling deposits on cylinder liners and pistons of reciprocating engines | |
| CN105332814A (en) | Piston assembly for reciprocating engine | |
| JP2020106031A (en) | Piston assembly for reciprocating engine | |
| EP3043090B1 (en) | Piston assembly for a reciprocating engine | |
| JP2016037967A (en) | Piston assembly for reciprocating engine | |
| US20230037471A1 (en) | Annular ring groove of a piston | |
| JP2015232325A (en) | Piston assembly for reciprocating engine | |
| JP2017203408A (en) | piston | |
| KR101889706B1 (en) | A top piston ring for a large two-stroke turbo-charged compression ignited internal combustion engine with crossheads | |
| US9200589B1 (en) | Piston assembly for a reciprocating engine | |
| RU2419736C2 (en) | Piston | |
| JP2023091625A (en) | Piston and marine internal combustion engine | |
| US20120227718A1 (en) | Flexible anti-crack slip-surface ceramic engine cylinder sleeve |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180807 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190416 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190417 |
|
| RD12 | Notification of acceptance of power of sub attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7432 Effective date: 20190528 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20190529 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20190618 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191004 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20191128 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20191205 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191205 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200205 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6666533 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |